氮化物半导体发光元件、以及氮化物半导体发光元件的制作方法

氮化物半导体发光元件、以及氮化物半导体发光元件的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种设置于半极性面上并抑制了发光所需要的偏压电压的上升的氮化物半导体发光元件以及该氮化物半导体发光元件的制作方法。在具有半极性面的主面(13a)的由六方晶类氮化物半导体构成的支撑基体上设置的发光层(17)的多重量子阱构造由阱层(17a)和阱层(17c)、以及阻挡层(17b)构成，阻挡层(17b)设置于阱层(17a)和阱层(17c)之间，阱层(17a)和阱层(17c)由InGaN构成，阱层(17a)和阱层(17c)具有处于0.15以上0.50以下的范围的铟组成，主面(13a)相对于六方晶类氮化物半导体的c面的倾斜角α处于50度以上80度以下的范围、以及130度以上170度以下的范围中的任一范围，阻挡层(17b)的膜厚的值L处于1.0nm以上4.5nm以下的范围。
【专利说明】氮化物半导体发光元件、以及氮化物半导体发光元件的制作方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明关于氮化物半导体发光元件。
【背景技术】
[0003]在专利文献1，公开了用于对发光元件的量子阱构造(MQW构造、SQW构造)中的空穴的注入/扩散状态进行改善、对发光效率进行改善的技术。
[0004]在专利文献2中，公开了对能够将活性层中的压电极化的朝向选择为适当的方向的半导体发光元件进行制作的方法。
[0005]在专利文献3中公开了将向阱层的载流子的注入效率提高后的氮化物系半导体发光兀件。
[0006]在非专利文献I公开了具有发出蓝绿色激光的多重量子阱构造的LED。在非专利文献2公开了具有发出绿色激光的多重量子阱构造的LED。
[0007]现有技术文献 [0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2002 - 270894号公报
[0010]专利文献2:日本特开2011 - 77395号公报
[0011]专利文献3:日本特开2011 - 40709号公报
[0012]非专利文献
[0013]非专利文献I “Characterization of blue-green m-plane InGaN lightemitting diodes (蓝绿 m_ 面 InGaN 光发射二极管的特性)”, You-Da Lin, ArpanChakrabortyj Stuart Brinkley, Hsun Chih Kuoj Thiago Meloj Kenji Fujitoj James
S.Speck, Steven P.DenBaarsj and Shuji Nakamura，Applied Physics Letters (应用物理学报)94,261108(2009) ?
[0014]非专利文献2 “High Quality InGaN/AlGaN Multiple Quantum Wells forSemipolar InGaN Green Laser Diodes (用于半极性InGaN蓝光激光二极管的高质量InGaN/AlGaN多重量子讲)，，，You-Da Linj Shuichiro Yamamoto, Chia-Yen Huang, Chia-LinHsiungj Feng Wuj Kenji Fujitoj Hiroaki Ohtaj James S.Speck, Steven P.DenBaarsj andShuji Nakamura, Applied Physics Express3 (应用物理快报 3)，(2010)082001。

【发明内容】

[0015]发明要解决的课题
[0016]专利文献I的发光层在MQW构造的情况下，以空穴从P型半导体层一侧向η型半导体层一侧易于在该MQW构造中更远地移动的方式，以MQW构造中的多个壁垒层的中的至少两层的能带隙相互不同的方式，优选为在多层中存在阶梯地从P型侧向η型侧变低的部分的方式，构成MQW构造。在发光层为SQW构造的情况下,构成为，使P型侧的壁鱼层组成倾斜、能带隙从P型侧向η型侧变低。
[0017]在专利文献2中，一边在基板生产物上施加偏压，一边进行基板生产物的光致发光的测定，从而得到基板生产物的光致发光的偏压依存性，所述基板生产物是以所选择的一或多个倾斜角生长用于发光层的量子阱构造以及P型和η型氮化镓类半导体层而形成的基板生产物。接下来，根据偏压依存性，在基板主面的所选择的倾斜角的各个中进行发光层中的压电极化的朝向的估计。接下来，基于估计而对与基板主面对应的倾斜角以及与基板主面的背面对应的倾斜角中的任一角的使用进行判断，从而对用于半导体发光元件的制作的生长基板的面取向进行选择。在生长基板的主面上形成用于半导体发光元件的半导体叠层。
[0018]专利文献3的氮化物半导体发光元件具备:由六方晶类氮化镓类半导体构成的基板、设置于基板的主面上的η型氮化镓类半导体区域、设置于该η型氮化镓类半导体区域上的单一量子阱构造的发光层、以及设置于发光层上的P型氮化镓类半导体区域。发光层设置于η型氮化镓类半导体区域和P型氮化镓类半导体区域之间，并包含阱层和阻挡层以及阻挡层。阱层是InGaN。基板的主面沿着基准平面而延伸，所述基准平面从与六方晶类氮化镓类半导体的c轴方向正交的面以63度以上80度以下或100度以上117度以下的范围内的倾斜角而倾斜。
[0019]非专利文献I的LED形成于m面上。非专利文献2的LD形成于(20 — 21)面上。 [0020]专利文献I~3以及非专利文献1、2等中，公开了多种多样的多个量子阱构造。然而，设置于半极性面上的量子阱构造具有与设置于c面上的量子阱构造不同的变形、极性。这种量子阱构造的性质的不同对设置于半极性面上的量子阱构造的能带构造赋予了与c面上不同的变形，因此存在量子阱构造中的电子的注入效率降低的情况。电子的注入效率的降低导致发光所需的偏压电压的上升。因此，本发明的目的是鉴于上述事项而提出的，提供一种设置于半极性面上，能够抑制发光所需的偏压电压的上升的氮化物半导体发光元件和该氮化物半导体发光元件的制作方法。
[0021 ] 用于解决课题的技术方案
[0022]在设置于六方晶类氮化物半导体的c面上的现有的InGaN的量子阱构造中使用例如5nm以上20nm以下的膜厚的阻挡层。特别是，在是发出比较长的波长的光的发光元件的情况下，阱层的铟组成也比较高，因此阻挡层的膜厚比较厚的一方较为优选。这是因为，阱层的结晶质量在铟组成比较高的情况下降低，但是伴随着阻挡层的生长，通过对结晶表面的性状进行调节，恢复了结晶质量。利用这种事情，
【发明者】在制作在半极性面上具有量子阱构造的发光元件的情况下，与当初在c面上具有量子阱构造的发光元件同样，形成了具有15nm左右的厚度的阻挡层的多重量子阱构造的发光层。但是，判明了在半极性面上具有量子阱构造的发光元件的情况下，比较高的偏压电压在发光中成为必要。
[0023]因此，
【发明者】为了弄清楚这种比较高的偏压电压在发光中成为必要的原因，而利用对施加了偏压电压的状态中光致发光(PL:PhotoLuminescence)进行测定等方法,对InGaN的量子阱构造的结晶面的光物性进行调查。该结果是，
【发明者】发现:设置于该半极性面上的InGaN的量子阱构造的阱层的压电极化的朝向与设置于c面上的InGaN的量子阱构造的阱层的压电极化的朝向相反。并且，
【发明者】发现:设置于半极性面上的InGaN的阱层的压电极化的朝向与设置于c面上的InGaN的阱层的压电极化的朝向成为相反的现象，使InGaN的量子阱构造内的电子的注入效率降低，因此，引起发光所必需的偏压电压的上升。另外，针对这种InGaN的量子阱构造内的电子的注入效率的课题因为以下理由而通常没有被认识到:在设置于现有的c面上的InGaN的量子阱构造中设置于c面上的InGaN的阱层的压电极化的朝向并非是使InGaN的量子阱构造内的电子的注入降低的朝向；以及由于空穴原本能带偏移较小因而对这种压电极化所关联的注入效率的影响比较小。
[0024]另一方面，
【发明者】发现了在某倾斜角的半极性面上设置的InGaN的多重量子阱构造中铟的掺入、InGaN的生长模式以高质量化有利地发挥作用，且在比较高的铟组成的阱层的生长时能够在不大幅度地降低结晶质量的情况下生长的构造，以及使此成为可能的InGaN结晶的特质。
【发明者】发现:通过该InGaN结晶的特质以及半极性面的利用，使用在c面上生长时因结晶性不充分的恢复而引起的发光效率劣化那样的较薄的膜厚的阻挡层，能够生长不产生发光效率的劣化的比较高的结晶质量的量子阱构造。
【发明者】对设置于半极性面上的InGaN的多重量子阱构造的阻挡层的膜厚和该量子阱构造的结晶质量的关系进行研究。该研究的结果为，
【发明者】在半极性面上设置与阱层的膜厚相同数量级的比较薄的膜厚的阻挡层构造中，发现了能够在不降低反映结晶性的PL发光强度的情况下维持良好的结晶质量的构造。此外
【发明者】在对具有与阱层的膜厚同数量级的比较薄的膜厚的阻挡层并在半极性面上设置的InGaN的量子阱构造的发光元件实际进行制作时，发现在该发光元件中发光所需要的偏压电压的降低、发光波长的半峰全宽的降低、发光效率的提高等效果，并改善了载流子注入效率。
[0025]关于在半极性面上设置的InGaN的多重量子阱构造，基于
【发明者】所得到的上述见解而做出了本发明所涉及的若干的形态。这些形态在以下中示出。
[0026]本发明所涉及的 第一形态关于氮化物半导体发光元件。氮化物半导体发光元件具备:(a)支撑基体，其由六方晶类氮化物半导体构成，并具有从所述六方晶类氮化物半导体的c面向预先规定的方向倾斜的主面；(b)n型氮化镓类半导体层，其设置于所述支撑基体的所述主面上；(c)发光层，其设置于所述η型氮化镓类半导体层上，并由氮化镓类半导体构成；以及P型氮化镓类半导体层，其设置于所述发光层上。所述发光层具有多重量子阱构造，所述多重量子阱构造由至少两层的阱层和至少一层的阻挡层构成，所述阻挡层设置于所述两层的阱层之间，所述两层的阱层由InGaN构成，所述两层的阱层具有处于0.15以上0.50以下的范围的第一铟组成，所述主面相对于所述c面的倾斜角处于50度以上80度以下的范围、以及130度以上170度以下的范围中的任一范围，所述阻挡层的膜厚处于l.0nm以上4.5nm以下的范围。
[0027]本发明的第一形态所涉及的氮化物半导体发光元件的支撑基体的主面是处于50度以上80度以下的范围、以及130度以上170度以下的范围中的任一范围的半极性面，该氮化物半导体发光元件具有设置于该主面上的多重量子阱构造的发光层。在设置于这种半极性面上的多重量子阱构造的阱层产生的压电极化的朝向与设置于c面上的阱层上所产生的压电极化的朝向为相反的朝向。因此，在设置于半极性面上的多重量子阱构造的能带构造中，与c面上产生不同的变形。由于该能带构造的变形，发光层中的电子的注入效率降低。但是，该氮化物半导体发光元件的阻挡层的膜厚比较薄，且处于1.0nm以上4.5nm以下的范围，因此电子变得易于跨越阻挡层的能量壁垒而移动到相邻的阱层，即使在能带构造中产生变形，也能够改善发光层中的电子的注入效率。
[0028]此外，本发明的第一形态所涉及的氮化物半导体发光元件的两层的阱层比较高，具有处于0.15以上0.50以下的范围的第一铟组成。可以认为，针对如此比较高的铟组成的阱层，为了不降低阻挡层的结晶性而优选比较厚的膜厚的阻挡层，但是本发明的第一形态所涉及的氮化物半导体发光元件的发光层(多重量子阱构造)针对InGaN的生长而设置于铟的掺入、生长模式变得良好的角度范围的半极性面上，即使是1.0nm以上4.5nm以下的范围的那样比较薄的膜厚的阻挡层也能够对结晶性进行调节，并能够维持发光层的结晶质量。另外，在阻挡层的膜厚不足1.0nm的情况下，存在结晶性的恢复变得不充分、发光层的结晶性降低的情况。
[0029]在本发明的第一形态中，优选为，所述阻挡层的膜厚是将所述阱层的膜厚加上0.50nm后的值以下，并且是从所述阱层的膜厚减去0.50nm后的值以上。阻挡层的膜厚具有与阱层的膜厚和同程度的厚度。因此，即使在发光层的能带构造中产生由与c面上相反的朝向的压电极化引起的变形，电子也变得易于跨越阻挡层的能量壁垒而移动到相邻的阱层，因此能够抑制发光层中的电子的注入效率的降低。
[0030]本发明的第一形态中，优选为，所述阻挡层由InGaN构成，所述阻挡层具有处于0.01以上0.10以下的范围的第二铟组成。由于阻挡层的第二铟组成处于0.01以上0.10以下的范围，因此能够降低阻挡层的能带隙。因此，即使在发光层的能带构造产生由与c面上相反的朝向的压电极化引起的变形，电子也变得易于跨越阻挡层的能量壁垒，因此能够抑制发光层中的电 子的注入效率的降低。在阻挡层的第二铟组成超过0.10时，存在阻挡层以及发光层的结晶性降低的情况。
[0031 ] 本发明的第一形态中，优选为，所述η型氮化镓类半导体层具有InGaN层，在所述InGaN层上设置所述发光层，在所述η型氮化镓类半导体层的内部中的所述InGaN层的所述支撑基体侧的表面存在失配位错，所述失配位错沿与基准轴和c轴正交的方向延伸,所述基准轴是与所述InGaN层的所述表面正交并包含所述六方晶类氮化物半导体的所述c轴的基准面和所述InGaN层的所述表面所共有的轴，所述失配位错的密度处于5X 103cm —1以上IXlO5Cm-1以下的范围。在支撑基体和发光层之间设置InGaN层，并在该InGaN层的支撑基体侧的表面产生比较高的密度的失配位错。因此，利用该InGaN层，使支撑基体上的变形缓和，因此也能够降低阱层所内包的变形。因此，即使在发光层的能带构造上产生由与c面上相反的朝向的压电极化引起的变形，也能够降低压电极化，因此能够抑制发光层中的电子的注入效率的降低。在失配位错的密度超过IXlO5Cnr1时，缺陷的负面影响也会波及到发光层，有可能引起发光效率的降低。
[0032]本发明的第一形态中，优选为，所述InGaN层具有处于0.03以上0.05以下的范围的第三铟组成。设置于支撑基体和发光层之间，其对支撑基体上的变形进行缓和的InGaN层的铟组成处于0.03以上0.05以下的范围，因此充分地缓和了支撑基体上的变形。因此，即使在发光层的能带构造产生由与c面上相反的朝向的压电极化引起的变形，也能够对发光层中的电子的注入效率的降低有效地进行抑制。InGaN层的第三铟组成超过0.05时，失配位错的密度变得过高，有可能引起发光效率的降低。
[0033]本发明的第一形态中，优选为，所述第二铟组成从所述P型氮化镓类半导体层一侧向所述η型氮化镓类半导体层一侧增加。阻挡层的铟组成从P型氮化镓类半导体层一侧向η型氮化镓类半导体层一侧增加，因此与η型氮化镓类半导体层一侧的铟组成和ρ型氮化镓类半导体层一侧的铟组成同样的情况相比较，阻挡层的能带隙在η型氮化镓类半导体层一侧中被降低。因此，即使在发光层的能带构造中产生由与c面上相反的朝向的压电极化引起的变形，也能够使阻挡层的能带隙变化从而缓和该变形，由此，由于电子变得容易跨越阻挡层的能量壁垒，因而能够抑制发光层中的电子的注入效率的降低。
[0034]本发明的第一形态中，优选为，所述主面相对于所述c面的倾斜角处于63度以上80度以下的范围。在主面的倾斜角处于63度以上80度以下的范围时，特别是由于对于InGaN的生长铟的掺入、生长模式变得良好，因此即使是膜厚薄的阻挡层也能够使结晶性恢复，并能够抑制发光效率的降低。其结果为，能够在不引起发光效率的降低的情况下提供优良的电子的注入效率。
[0035]本发明的第一形态中，优选为，所述第一铟组成处于0.24以上0.40以下的范围。由于阱层的铟组成处于0.24以上0.40以下的范围，因此发光层发出500nm以上570nm以下的发光波长的光。如此，在阱层的铟组成比较大的情况下，阱层和阻挡层的能带偏移比较大，因此由压电极化引起的能带构造的变形的影响变得显著，但是在这种情况下，能够充分抑制发光层中的电子的注入效率的降低。
[0036]本发明的第一形态中，优选为，所述第二铟组成处于0.01以上0.06以下的范围。由于阻挡层的铟组成处于0.01以上0.06以下的范围，因此能够充分抑制结晶性的降低。
[0037]本发明的第一形态中，优选为，所述阻挡层的膜厚处于1.0nm以上3.5nm以下的范围。由于阻挡层的膜厚处于1.0nm以上3.5nm以下的范围，因此比较薄。因此，即使唉能带构造产生变形，电子 也变得易于跨越阻挡层的能量壁垒而向相邻的阱层移动，因此能够充分抑制发光层中的电子的注入效率的降低。
[0038]本发明的第二形态关于氮化物半导体发光元件的制造方法。该制造方法的特征在于，具备:(a)准备由六方晶类氮化物半导体构成且具有从所述六方晶类氮化物半导体的c面向预先规定的方向倾斜的主面的基板的工序；(b)在所述基板的所述主面上生长η型氮化镓类半导体层的工序；(c)在所述η型氮化镓类半导体层上生长由氮化镓类半导体构成的发光层的工序；以及(d)在所述发光层上生长ρ型氮化镓类半导体层的工序。所述发光层具有至少第一阱层和第二阱层、以及至少一层的阻挡层，在生长所述发光层的工序中，在所述η型氮化镓类半导体层中顺次生长所述第一阱层、所述阻挡层、所述第二阱层，所述第一阱层以及所述第二阱层由InGaN构成，所述第一阱层以及所述第二阱层具有处于0.15以上0.50以下的范围的第一铟组成，所述主面相对于所述c面的倾斜角处于50度以上80度以下的范围、以及130度以上170度以下的范围中的任一范围，所述阻挡层的膜厚处于1.0nm以上4.5nm以下的范围。
[0039]本发明的第二形态所涉及的氮化物半导体发光元件中，支撑基体的主面是处于50度以上80度以下的范围，以及130度以上170度以下的范围中的任一范围的半极性面，本发明的第二形态所涉及的氮化物半导体发光元件具有设置于该主面上的多重量子阱构造的发光层。设置于这种半极性面上的多重量子阱构造的阱层上所产生的压电极化的朝向成为与设置于c面上的阱层上所产生的压电极化的朝向相反的朝向，因此在设置于半极性面上的多重量子阱构造的能带构造中，产生了与c面上不同的变形。由于该能带构造的变形，发光层中的电子的注入效率降低。但是，本发明的第二形态所涉及的氮化物半导体发光元件的阻挡层的膜厚比较薄，处于1.0nm以上4.5nm以下的范围，因此电子变得易于跨越阻挡层的能量壁垒而向相邻的阱层移动，即使在能带构造中产生变形，也能够改善发光层中的电子的注入效率。
[0040]此外，本发明的第二形态所涉及的氮化物半导体发光元件中，两层的阱层具有比较高的处于0.15以上0.50以下的范围的第一铟组成。可以认为，对于如此比较高的铟组成的阱层，为了不降低阻挡层的结晶性而优选比较厚的膜厚的阻挡层，但是本发明的第二形态所涉及的氮化物半导体发光元件的发光层(多重量子阱构造)设置于对于InGaN的生长铟的掺入、生长模式变得良好的角度范围的半极性面上，因此即使是1.0nm以上4.5nm以下的范围那样比较薄的膜厚的阻挡层也能够对结晶性进行调节，能够维持发光层的结晶质量。另外，在阻挡层的膜厚不足1.0nm的情况下，存在结晶性的恢复变得不充分、发光层的结晶性降低的情况。
[0041]在本发明的第二形态中，优选为，所述阻挡层的膜厚是将所述阱层的膜厚加上0.50nm后的值以下，并且从所述阱层的膜厚减去0.50nm后的值以上。阻挡层的膜厚具有与阱层的膜厚同程度的厚度。因此，即使在发光层的能带构造中产生由与c面上相反的朝向的压电极化引起的变形，电子也变得易于跨越阻挡层的能量壁垒而移动到相邻的阱层，因此能够抑制发光层中的电子的注入效率的降低。
[0042]在本发明的第二形态中，优选为，所述阻挡层由InGaN构成，所述阻挡层具有处于0.01以上0.10以下的范围的第二铟组成。由于阻挡层的第二铟组成处于0.01以上0.10以下的范围，因此能够降低阻挡层的能带隙。因此，即使在发光层的能带构造中产生由与c面上相反的朝向的压电极化引起的变形，电子也变得易于跨越阻挡层的能量壁垒，能够抑制发光层中的电子的注入效率的降低。阻挡层的第二铟组成超过0.10时，存在阻挡层以及发光层的结晶性降低的情况。
[0043]在本发明的第二形态中，优选为，所述η型氮化镓类半导体层具有InGaN层，
[0044]在所述InGaN层上设置所述发光层，在所述η型氮化镓类半导体层的内部中的所述InGaN层的所述基板侧的表面上存在失配位错，所述失配位错沿与基准轴和c轴正交的方向而延伸，所述基准轴是与所述InGaN层的所述表面正交并包含所述六方晶类氮化物半导体的。轴的基准面和所述InGaN层的所述表面所共有的轴，所述失配位错的密度处于SXlO3Cnr1以上IXlO5Cnr1以下的范围。在基板和发光层之间设置InGaN层，在该InGaN层的基板侧的表面产生了比较高的密度的失配位错。因此，利用该InGaN层，能够缓和基板上的变形，因此也能够降低阱层所内包的变形。因此，即使在发光层的能带构造中产生由与c面上相反的朝向的压电极化引起的变形，由于降低了压电极化，因此能够抑制发光层中的电子的注入效率的降低。失配位错的密度超过lX105cm—1时，缺陷的负面影响也会波及发光层，有可能引起发光效率的降低。
[0045]在本发明的第二形态中，优选为，所述InGaN层具有处于0.03以上0.05以下的范围的第三铟组成。由于设置于基板和发光层之间，并对基板上的变形进行缓和的InGaN层的铟组成处于0.03以上0.05以下的范围，因此能够将基板上的变形充分地缓和。因此，即使在发光层的能带构造产生由与c面上相反的朝向的压电极化引起的变形，也能够有效地抑制发光层中的电子的注入效率的降低。InGaN层的第三铟组成超过0.05时，失配位错的密度变得过高，也可以引起发光效率的降低。
[0046]在本发明的第二形态中，优选为，所述第二铟组成从所述ρ型氮化镓类半导体层一侧向所述η型氮化镓类半导体层一侧增加。阻挡层的铟组成从P型氮化镓类半导体层一侧向η型氮化镓类半导体层一侧增加，因此与η型氮化镓类半导体层一侧的铟组成和P型氮化镓类半导体层一侧的铟组成同样的情况相比较，阻挡层的能带隙在η型氮化镓类半导体层一侧中被降低。因此，即使在发光层的能带构造中产生由与c面上相反的朝向的压电极化引起的变形，也使阻挡层的能带隙变化而将该变形缓和，由此，由于电子变得易于跨越阻挡层的能量壁垒，因而能够抑制发光层中的电子的注入效率的降低。
[0047]在本发明的第二形态中，优选为，所述主面相对于所述c面的倾斜角处于63度以上80度以下的范围。主面的倾斜角处于63度以上80度以下的范围时，特别是对于InGaN的生长铟的掺入、生长模式变得良好，因此即使是膜厚薄的阻挡层也能够恢复结晶性，并能够抑制发光效率的降低。其结果为，能够在不降低发光效率的降低的情况下，提供优良的电子的注入效率。
[0048]在本发明的第二形态中，优选为，所述第一铟组成处于0.24以上0.40以下的范围。由于阱层的铟组成处于0.24以上0.40以下的范围，因此发光层发出500nm以上570nm以下的发光波长的光。如此，在阱层的铟组成比较大的情况下，阱层和阻挡层的能带偏移比较大，因此基于压电极化的能带构造的变形的影响变得显著，但是即使在这种情况下，也能够充分抑制发光层中的电子的注入效率的降低。
[0049]在本发明的第二形态中，优选为，所述第二铟组成处于0.01以上0.06以下的范围。由于阻挡层的铟组成处于0.01以上0.06以下的范围，因此能够充分抑制结晶性的降低。
[0050]在本发明的第二形态中，优选为，所述阻挡层的膜厚处于1.0nm以上3.5nm以下的范围。由于阻挡层的膜厚处于1.0nm以上3.5nm以下的范围，因此比较薄。因此，即使在能带构造中产生变形，电子也变得易于跨越阻挡层的能量壁垒而移动到相邻的阱层，能够抑制发光层中的电子的注入效率的降低。
[0051]发明效果
[0052]根据本发明，能够提供一种设置于半极性面上并抑制了发光所需要的偏压电压的上升的氮化物半导体发光元件以及该氮化物半导体发光元件的制作方法。
【专利附图】

【附图说明】
[0053]图1是表示实施方式所涉及的发光元件的构成的图。
[0054]图2是用于对实施方式所涉及的发光元件的效果进行说明的图。
[0055]图3是用于对实施方式所涉及的发光元件的制作方法进行说明的图。
[0056]图4是对本实施方式所涉及的发光元件的制作方法的主要的工序中的生产物示意性地进行表示的图。
[0057]图5是对实施方式所涉及的发光元件的实验例的构成进行表示的图。
[0058]图6是表示针对实验例的PL发光波长的测定结果的图。
[0059]图7是表示针对实验例的发光波长的电流密度依存性的测定结果的图。
[0060]图8是表示针对实验例的发光输出的电流密度依存性的测定结果的图。[0061]图9是表示针对实验例的发光波长的半峰全宽的电流密度依存性的测定结果的图。
[0062]图10是表示针对实验例的IV特性的测定结果的图。
[0063]图11是表示针对实验例的IV特性的测定结果的图。
[0064]图12是表示针对实验例的IV特性的测定结果的图。
[0065]图13是表示针对实验例的IV特性的测定结果的图。
【具体实施方式】
[0066]以下，参照附图，针对本发明所涉及的适当的实施方式详细地进行说明。另外，在附图的说明中，在可能的情况下，对同一要素附加同一标号，省略重复的说明。图1是对作为实施方式所涉及的氮化物半导体发光元件的发光元件11的构造以及用于发光元件11的外延基板的构造示意性地进行表示的附图。图1所示的发光元件11被例示为用于对面向激光二极管(LD)的外延构造(适用于LD的外延构造)的自然放出光进行评价的发光二极管(LED)，但是也可以是LD。
[0067]在图1的(a)部分示出了发光元件11，在图1的(b)部分示出了用于发光元件11的外延基板EPl。外延基板EPl具有与发光元件11所具有的外延层构造(支撑基体13、η型氮化镓类半导体层15、发 光层17、以及P型氮化镓类半导体层19)同样的外延层构造。在后续的说明中，对构成发光元件11的半导体层进行说明。外延基板EPl包含与构成这些发光元件11的半导体层对应的半导体层(半导体膜)，在对应的半导体层中适用了用于发光元件11的说明。
[0068]在图1示出了正交坐标系S和结晶坐标系CR。结晶坐标系CR是用于表示支撑基体13的六方晶类氮化物半导体的结晶轴(c轴、a轴、m轴)的坐标系。X轴与支撑基体13的六方晶类氮化物半导体的a轴同方向，YZ平面与由支撑基体13的六方晶类氮化物半导体的m轴和支撑基体13的六方晶类氮化物半导体的c轴所规定的面平行。
[0069]如图1的(a)部分所示那样，发光元件11具备:支撑基体13、n型氮化镓类半导体层15、发光层17、P型氮化镓类半导体层19、P侧电极21、绝缘膜23、以及η侧电极25。η型氮化镓类半导体层15具有η型GaN层15a、η型包覆层15b以及η型引导层15c。发光层17具有由阱层17a、阻挡层17b以及阱层17c构成的多重量子阱构造。另外，发光层17也可以具有包含三个以上的阱层的多重量子阱构造。P型氮化镓类半导体层19具有P型引导层19a、p型包覆层1%、以及P型接触层19c。η型氮化镓类半导体层15、发光层17以及P型氮化镓类半导体层19在支撑基体13上由外延生长而形成。在支撑基体13的主面13a上，顺次设置η型GaN层15a、n型包覆层15b、n型引导层15c、阱层17a、阻挡层17b、阱层17c、P型引导层19a、P型包覆层19b、和p型接触层19c。
[0070]支撑基体13的c面沿面SC而延伸。支撑基体13的主面13a面向Z轴的方向，并在XY面所延伸的方向上延伸。主面13a从c面向预先规定的方向倾斜。以支撑基体13的六方晶类氮化物半导体的c面((0001)面，图1所示的面SC)为基准而规定主面13a的倾斜角α。主面13a能够例如以与c面对应的面SC为基准而向着支撑基体13的m轴以倾斜角α而倾斜。倾斜角α由支撑基体13的主面13a的法线向量VN、和表示c轴的c轴向量VC所成的角度规定。倾斜角α处于50度以上80度以下的范围、以及130度以上170度以下的范围中的任一范围。倾斜角α，特别是能够处于63度以上80度以下的范围。主面13a例如可以是从c面向m轴倾斜的面，特别是，在面向m轴的从c面的倾斜角α为75度的情况下，主面13a可以与支撑基体13的六方晶类氮化物半导体的(20 — 21)面对应。c轴向量VC与(0001)面的法线向量对应。
[0071]在主面13a上，发光层17设置于η型氮化镓类半导体层15和ρ型氮化镓类半导体层19之间。在主面13a上，η型氮化镓类半导体层15、发光层17以及ρ型氮化镓类半导体层19以法线向量VN的朝向(Z轴方向)顺次排列。在主面13a上，以法线向量VN的朝向(Z轴方向)顺次排列η型氮化镓类半导体层15中所包含的η型GaN层15a、η型包覆层15b、以及η型引导层15c。在主面13a上以法线向量VN的朝向(Z轴方向)顺次排列发光层17中所包含的阱层17a、阻挡层17b以及阱层17c。在主面13a上，以法线向量VN的朝向(Z轴方向)顺次排列ρ型氮化镓类半导体层19中所包含的ρ型引导层19a、ρ型包覆层19b以及ρ型接触层19c。
[0072]支撑基体13例如能够由GaN构成。GaN是作为二元化合物的氮化镓类半导体，因此能够提供良好的结晶质量和稳定的基板主面。支撑基体13除了 GaN以外，也能够例如由GaN、InGaN, AlGaN等的六方晶类氮化物半导体构成。
[0073]η型氮化镓类半导体层15由η型的氮化镓类半导体构成。η型氮化镓类半导体层15的η型掺杂剂例如是硅(Si)。η型氮化镓类半导体层15设置于支撑基体13上。η型氮化镓类半导体层15的η型GaN层15a经由主面13a而与支撑基体13相接。η型GaN层15a由η型的GaN构成。η型包覆层15b与η型GaN层15a相接。η型包覆层15b例如由η型的InAlGaN等η型的氮化物系半导体构成。η型引导层15c与η型包覆层15b相接。η型引导层15c例如能够由η型的GaN、η型的InGaN等的η型的氮化镓类半导体构成。
[0074]η型引导层 15c能够由两层构成。在该两层中，第一层是由η型的GaN构成的η型GaN引导层15d,第二层是由η型的InGaN构成的η型InGaN引导层15e, η型GaN引导层15d与η型包覆层15b相接，η型InGaN引导层15e设置于η型GaN引导层15d上，η型InGaN引导层15e与η型GaN引导层15d相接。η型引导层15c的内部中的η型InGaN引导层15e的支撑基体13侧的表面15f(n型GaN引导层15d和η型InGaN引导层15e的界面)包含失配位错。该失配位错沿着与基准轴和c轴正交的方向(沿a轴)延伸,所述基准轴是与η型InGaN引导层15e的表面15f正交且包含c轴的基准面(沿a面而延伸的面)和表面15f所共有的轴。该失配位错的密度处于5 X IO3CnT1以上lX105cm —1以下的范围。η型InGaN引导层15e的铟组成(第三铟组成)处于0.03以上0.05以下的范围。
[0075]发光层17具有多重量子阱构造。发光层17包含铟，可以由InGaN等氮化镓类半导体构成。阱层17a与η型引导层15c的η型InGaN引导层15e相接。阱层17a包含铟，可以由InGaN等氮化镓类半导体构成。阻挡层17b与阱层17a相接。阻挡层17b设置于阱层17a和阱层17c之间。阻挡层17b包含铟，可以由InGaN等氮化镓类半导体构成。阱层17c与阻挡层17b相接。阱层17c包含铟，可以由InGaN等氮化镓类半导体构成。阱层17a的能带隙和阱层17c的能带隙均比阻挡层17b的能带隙小。另外，发光层17可以包含三层以上的阱层和两层以上的阻挡层。
[0076]阱层17a的铟组成(第一铟组成)处于0.15以上0.50以下的范围。阱层17a的铟组成例如是0.30左右，但是可以是0.25左右、0.35左右的其中之一。阱层17a的膜厚是例如2.5nm左右。
[0077]阻挡层17b的铟组成(第二铟组成)可以处于0.01以上0.10以下的范围，但是可以处于0.01以上0.06以下的范围。阻挡层17b的膜厚是将阱层17a或阱层17c的膜厚加上0.5nm后的值以下，并且，能够是从阱层17a或阱层17c的膜厚减去0.5nm后值以上。阻挡层17b的膜厚，具体来说，处于4.5nm以下的范围，但是能够使阻挡层17b的膜厚的上限值为4.0nm、3.5nm、3.0nm中的任一值。例如，可以使阻挡层17b的膜厚为1.0nm以上3.5nm以下的范围。另外，阻挡层17b的膜厚可以是1.0nm以上。阻挡层17b也可以具有从p型氮化镓类半导体层19向η型氮化镓类半导体层15的方向增加的铟组成。
[0078]阱层17c的铟组成(第一铟组成)处于0.15以上0.50以下的范围。阱层17c的铟组成，例如是0.30左右，但是可以是0.25左右、0.35左右的其中之一。阱层17c的膜厚例如是2.5nm左右。讲层17c的膜厚可以是例如Inm~5nm。
[0079]由于发光层17的阱层(阱层17a、阱层17c)的铟组成处于0.15以上0.50以下的范围，因此发光层17的发光波长是480nm以上600nm以下。另外，也可以使发光层17的发光波长为500nm以上570nm以下。在500nm以上570nm以下的发光波长的情况下，发光层17的阱层(阱层17a、阱层17c)的铟组成处于0.24以上0.40以下的范围。
[0080]P型氮化镓类半导体层19由P型的氮化镓类半导体构成。P型氮化镓类半导体层19的P型掺杂剂例如是镁(Mg)。P型氮化镓类半导体层19与发光层17的阱层17c相接。P型引导层19a设置于发光 层17上，与发光层17相接。P型引导层19a包含一或多个P型的氮化镓类半导体层。P型引导层19a包含不掺杂(ud, undope)的InGaN层。该不掺杂的InGaN层与阱层17c相接。p型引导层19a包含设置于该不掺杂的InGaN层上的p型的InGaN层。该P型的InGaN层与不掺杂的InGaN层相接。P型引导层19a包含设置于该P型的InGaN层上的p型的GaN层。该p型的GaN层与p型的InGaN层相接。
[0081]P型包覆层19b例如能够由P型的InAlGaN构成。p型包覆层19b设置于包含在P型引导层19a的P型的GaN层上，与该p型的GaN层相接。
[0082]P型接触层19c设置于P型包覆层19b上，与P型包覆层19b相接。p型接触层19c例如可以由P型的GaN构成。
[0083]在发光元件11为LED的情况下，如图1所示那样，在P型接触层19c上设置p侧电极21。P侧电极21例如可以由Pd构成。η侧电极25设置于支撑基体13的背面13b。η侧电极25对背面13b进行覆盖。η侧电极25隔着背面13b而与支撑基体13相接。
[0084]另外，在发光元件11为LD的情况下，P型氮化镓类半导体层19包含脊状形状部，P侧电极21例如可以包含由Ni/Au构成的电极和由Ti/Au构成的焊盘电极，η侧电极25例如能够包含由Ti/Al构成的电极和由Ti/Au构成的焊盘电极。并且，可以在谐振器端面设置电介质多层膜。该电介质多层膜例如可以由Si02/Ti02构成。
[0085]在具有以上说明的构成的发光元件11中，支撑基体13的主面13a是处于50度以上80度以下的范围，以及130度以上170度以下的范围中的任一范围的半极性面，发光元件11具有设置于主面13a上的多重量子阱构造的发光层17。在设置于这种半极性面上的多重量子阱构造的发光层17上产生的压电极化的朝向，成为与设置于c面上的阱层17a以及阱层17c上所产生的压电极化的朝向相反的朝向，因此在设置于半极性面上的多重量子讲构造的能带构造中，产生与c面不同的变形。由于该能带构造的变形,发光层17中的电子的注入效率降低。在发光层17上所产生的压电极化的朝向是与从发光元件11的ρ区域朝向η区域的方向相同的方向。如从图2所示的能带图所能够理解的那样，阱层17a内的电子E相对于ρ型氮化镓类半导体层(P侧)19的朝向抵抗壁垒V2 (以量子能级Ql为基准的值)，相对于η型氮化镓类半导体层15 (η侧)的朝向抵抗壁垒Vl (以量子能级Ql为基准的值)，由于与压电极化关联的能带构造的变形，阱层17a的壁垒V2比阱层17a的壁垒Vl高。比壁垒Vl高的壁垒V2对来自η型氮化镓类半导体层15的电子E跨越阻挡层17b的能量壁垒而从阱层17a向阱层17c的移动进行阻碍。该结果，厚的阻挡层的较高壁垒V2能够降低发光层17中的注入效率。但是，发光元件11的阻挡层17b的膜厚比较薄，处于4.5nm以下的范围，因此能带构造方面具有上述那样的变形的发光层17中的电子的注入效率与较厚的阻挡层的量子阱构造的发光层相比能够改善。参照图2所示的能带图，阻挡层17b的膜厚的值L处于1.0nm以上4.5nm以下的范围，而比较薄，因此来自η型氮化镓类半导体层15的电子E容易从阱层17a跨越阻挡层17b的能量壁垒而向阱层17c移动，并能够对发光层17中的注入效率的降低进行抑制。这里，从阱层17a到阱层17c的厚度可以是Inm~5nm的范围。
[0086]此外，发光元件11的两层的阱层(阱层17a以及阱层17c)具有比较高的、处于0.15以上0.50以下的范围的铟组成。对于如此比较高的铟组成的阱层17a以及阱层17c，为了在阻挡层17b的生长中使阱层的生长中开始恶化的结晶性恢复而可以考虑优选为是比较厚的膜厚的阻挡层17b。但是，发光元件11的发光层17设置在InGaN的生长中的铟的掺入或生长模式良好的角度范围的半极性面上，因此能够调节4.5nm以下的范围的膜厚的阻挡层17b的结晶性。如此，能够维持包含比较薄的阻挡层的发光层17的结晶质量。
[0087]另外，在阻挡层17b的膜厚不足1.0nm的情况下，结晶生长时阻挡层17b中不能够得到充分的结晶性的恢复，存在发光层17的结晶性降低的情况。另外，参照图2，在因压电极化而产生变形的能带构造中，向空穴H的能带偏移比较的小，因此内包变形的能带构造对注入效率没有太大影响。
[0088]另外，阻挡层17b的膜厚的值L是将阱层17a或阱层17c的膜厚加上0.50nm后的值以下，并且是从阱层17a或阱层17c的膜厚减去0.50nm后的值以上。该情况下，阻挡层17b的膜厚具有与阱层17a或阱层17c的膜厚同程度的厚度。因此，虽然发光层17的能带构造内包由与c面上相反的朝向的压电极化引起的变形，但是电子变得容易跨越与阱层同样的厚度的阻挡层17b的能量壁垒而从阱层17a向相邻的阱层17b移动，因此抑制了发光层17中的电子的注入效率的降低。这里，从阱层17a到阱层17c的厚度可以是Inm~5nm的范围。
[0089]另外，在阻挡层17b由InGaN构成时，阻挡层17b能够具有处于0.01以上0.1以下的范围的铟组成。具有0.01以上0.10以下的范围的铟组成的阻挡层17b具有被降低后的阻挡层17b，因此在发光层17的能带构造中产生了由与c面上相反的朝向的压电极化引起的变形的面取向中通过使阻挡层17b的能带隙变化以缓该变形，电子变得容易跨越阻挡层17b的能量壁垒，因此能够抑制发光层17中的电子的注入效率的降低。当阻挡层17b的铟组成超过0.10时，存在阻挡层17b以及发光层17的结晶性降低的情况。
[0090]另外，η型InGaN引导层15e能够具有处于0.03以上0.05以下的范围的铟组成。设置于支撑基体13和发光层17之间的将变形缓和的η型InGaN引导层15e具有0.03以上0.05以下的范围的铟组成时，内包于发光层17的变形被充分缓和。因此，在对由与C面上相反的朝向的压电极化产生的变形进行内包的发光层17的能带构造中，有效地抑制了发光层17中的电子的注入效率的降低。另外，当η型InGaN引导层15e的铟组成超过0.05时，有可能引起发光效率的降低。
[0091]另外,η型氮化镓类半导体层15的η型引导层15c具有η型GaN引导层15d、n型InGaN引导层15e、和表面(界面)15f，η型GaN引导层15d能够位于支撑基体13和η型InGaN引导层15e之间以便使η型GaN引导层15d和η型InGaN引导层15e构成表面(界面)15f，并且在η型InGaN引导层15e上设置发光层17。在η型氮化镓类半导体层15的内部从发光层17离开而在η型InGaN引导层15e的表面15f存在失配位错。该失配位错在与基准轴和c轴正交的方向上延伸，所述基准轴是与η型InGaN引导层15e的表面15f正交并包含支撑基体13的六方晶类氮化物半导体的c轴的基准面和表面15f所共有的轴，该失配位错的密度可以处于SXio3Cnr1以上IXio5Cnr1以下的范围。该方式中，在支撑基体13和发光层17之间设置η型InGaN引导层15e，该η型InGaN引导层15e具有接近于支撑基体13的界面15f和接近于发光层17的其他表面(界面)，在该表面15f产生比较高的密度的失配位错。因此，利用该η型InGaN引导层15e以及失配位错，在η型InGaN引导层15e的半导体层中使由支撑基体13的晶格常数引起的变形缓和，因此发光层17所内包的变形也被降低。因此，在产生了由与c面上相反的朝向的压电极化引起的变形的发光层17中降低了压电极化，并且抑制了发光层17的能带构造中的电子的注入效率的降低。当失配位错的密度超过lX105cm —1时，由该位错引起的缺陷的影响有可能波及发光层17，而引起发光效率的降低。另外，当η型InGaN引导层15e的铟组成超过0.05时，失配位错的密度有可能变得过高，有可能引起发光效率的降低。
[0092]另外，阻挡层17b的铟组成能够从P型氮化镓类半导体层19朝向η型氮化镓类半导体层15而增加。 [0093]与阻挡层的铟组成从η型氮化镓类半导体层遍及P型氮化镓类半导体层具有单一的铟组成的方式比较，包含从P型氮化镓类半导体层19向η型氮化镓类半导体层15而增加的铟组成的部分的发光层17中，阻挡层17b的能带隙的壁垒(接近η型氮化镓类半导体层15的界面中的壁垒)，相对于从阱层17a向阱层17b移动的电子而降低。因此，关于和与c面上相反的朝向的压电极化相关联而产生变形的发光层17的能带构造，利用组成倾斜使阻挡层17的能带隙变化时，电子变得容易跨越阻挡层17b的能量壁垒，因此能够抑制发光层17中的电子的注入效率的降低。
[0094]另外，主面13a相对于c面的倾斜角α可以处于63度以上80度以下的范围。在主面13a的倾斜角α处于63度以上80度以下的范围时，特别是对于InGaN的生长来说，铟的掺入、生长模式变得良好，因此在膜厚薄的阻挡层的生长中结晶性的恢复成为可能，能够抑制发光效率的降低。其结果为，能够在不引起发光效率的降低的情况下，提供优良的电子的注入效率。
[0095]另外，阱层17a以及阱层17c的铟组成可以处于0.24以上0.40以下的范围。阱层17a以及阱层17c的铟组成处于0.24以上0.40以下的范围，因此发光层17发出500nm以上570nm以下的发光波长的光。如此，在具有比较大的铟组成的发光层17，阱层17a和阱层17c与阻挡层17b的能带偏移比较大，因此由压电极化引起的对能带构造的影响变得显著。然而，即使在这种情况下，也能够对发光层17中的电子的注入效率的降低充分地进行抑制。
[0096]另外，阻挡层17b的铟组成能够处于0.01以上0.06以下的范围。阻挡层17b的铟组成处于0.01以上0.06以下的范围，因此能够对其结晶性的降低充分地进行抑制。
[0097]另外，阻挡层17b的膜厚可以处于1.0nm以上3.5nm以下的范围。由于阻挡层17b的膜厚处于1.0nm以上3.5nm以下的范围，因此比较薄。因此，即使在能带构造中产生变形，电子变得容易跨越阻挡层17b的能量壁垒而从阱层17a移动到相邻的阱层17b，因此能够对发光层17中的电子的注入效率的降低充分地抑制。
[0098]如图1的(b)部分所示的那样，发光元件11的外延基板EPl包含与发光元件11的上述各半导体层对应的半导体层(半导体膜)，用于上述发光元件11的说明也适用于对应的半导体层。外延基板EPl的表面粗糙度例如在10 μ m见方的范围中具有Inm以下的算术平均粗糙度。
[0099]接下来，参照图3以及图4，对实施方式所涉及的发光元件11的制作方法进行说明。图3是表示实施方式所涉及的发光元件11的制造方法的主要工序的附图。图4是对实施方式所涉及的发光元件11的制作方法的主要工序中的生产物示意性地进行表示的附图。图4所示的外延基板EP是相对于图1的(b)部分所示的外延基板EPl形成有ρ侧电极以及η侧电极等的基板生产物。从外延基板EPl进一步制作外延基板ΕΡ，将发光元件11从该外延基板EP分离。
[0100]利用图3所示的工序流程，利用有机金属气相生长法，制作发光元件11的构造的外延基板EP和发光元件11。作为用于外延生长的原料，能够使用三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMI)、三甲基铝(TMA)、氨(NH3)、硅烧(SiH4)、以及双(环戊二烯)镁(Cp2Mg)。
[0101]在工序SI中，准备具有由氮化镓类半导体构成的主面13a—1(与主面13a对应)的基板13 — I (与支撑基体13对应)。基板13 — I在图4的(a)部分等示出。基板13 _I具有背面13b — I (与背面13b对应)。背面13b — I位于主面13a — I的相反侧。主面13a _ I被镜面研磨(以上，工序SI)。
[0102]接下来，在基板13—I上按照以下的条件进行外延生长。首先，在工序S3中，在反应炉10内设置基板13—1。在反应炉10内，配置例如石英流道等的石英制的夹具。在必要的情况下，在摄氏1050度左右的温度以及27kPa左右的炉内压力下，将包含NH3和H2热处理气体供给到反应炉10，同时以10分钟左右进行热处理。利用该热处理，在主面13a—I等中产生表面改性(以上，工序S3)。
[0103]该热处理之后，在工序S5中，在基板13—1上生长氮化镓半导体层而形成外延基板EP以及外延基板EPl。环境气体包含载气以及辅助流气体(subflow gas)。环境气体例如可以包含N2以及H2的至少一方。工序S5包含下述的工序S51、工序S52、以及工序S53。
[0104]在工序S51中，将原料气体和环境气体供给到反应炉10，外延地生长而形成η型氮化镓类半导体层15 — I (与η型氮化镓类半导体层15对应)。η型氮化镓类半导体层15 —I在图4的(a)部分等中示出。工序S51中所使用的原料气体包含用于III族构成元素以及V族构成元素的原料和η型掺杂剂。首先，在主面13a—I上生长η型GaN层15a—I (与η型GaN层15a对应)，接下来，在η型GaN层15a — I上生长η型GaN类半导体层15b —
I(与η型包覆层15b对应)，接下来，在η型GaN类半导体层15b — I上生长η型GaN类半导体层15c — I (与η型引导层15c对应)。η型氮化镓类半导体层15 — I的表面15 —Ia (η型GaN类半导体层15c — I的表面)的倾斜角与主面13a — I的倾斜角(与倾斜角α对应)对应(以上，工序S51)。另外，η型GaN类半导体层15c —I可以由两层(分别与η型GaN引导层15d以及η型InGaN引导层15e对应)构成。构成η型GaN类半导体层15c — I的两层中与η型InGaN引导层15e对应的层的基板13 — I 一侧的表面(构成η型GaN类半导体层15c—I的两层的界面)包含失配位错。该失配位错沿与基准轴和c轴正交的方向(沿a轴方向)而延伸，所述基准轴是与构成η型GaN类半导体层15c — I的两层的界面正交且包含c轴的基准面(沿a面而延伸的面)和构成η型GaN类半导体层15c
—I的两层的界面所共有的轴。该失配位错的密度处于SXio3Cnr1以上IXio5Cnr1以下的范围。构成η型GaN类半导体层15c —I的两层中与η型InGaN引导层15e对应的层的铟组成处于0.03以上0.05以下的范围。
[0105]在工序S52中，将原料气体和环境气体供给到反应炉10，外延地进行生长而形成GaN类量子阱层17 —1(与发光层17对应)。GaN类量子阱层17 —I在图4的(b)部分等中示出。在工序S52中所使用的原料气体包含用于III族构成元素以及V族构成元素的原料。工序S52包含下述的工序S52a、工序S52b、以及工序52c。在工序S52a中，在η型GaN类半导体层15c _ I上生长而形成GaN类阱层17a — I (与阱层17a对应)。在工序S52b中，在GaN类阱层17a—I上生长而形GaN类阻挡层17b—I (与阻挡层17b对应)。在工序S52c中，在GaN类阻挡层17b _ I上生长而形成GaN类阱层17c — I (与阱层17c对应)(以上，工序S52)。
[0106]接下来，在工序S53中，将原料气体和环境气体供给到反应炉10，外延地生长而形成P型氮化镓类半导体层19 — I (与P型氮化镓类半导体层19对应)。P型氮化镓类半导体层19 — I在图4的(c)部分等中示出。在工序S53中所使用的原料气体包含用于III族构成元素和V族构成元素的原料，以及P型掺杂剂。首先，在GaN类阱层17c _ I上生长p型GaN类半导体层19a—I (与P型引导层19a对应)，接下来，在p型GaN类半导体层19a—I上生长P型GaN类半导体层19b — I (与P型包覆层19b对应)，接下来，在p型GaN类半导体层1% — I上生长P型GaN类半导体层19c — I (与p型接触层19c对应)(以上，工序S53)。通过全部实施以上的工序S51、工序S52以及工序S53，能够形成外延基板EP1，工序S5结束。
[0107]并且，在工序S7以及工序S9中，形成η侧电极以及P侧电极。首先，针对制作LED的发光元件11的情况下的工序S7以及工序S8进行说明。工序S7中，针对外延基板ΕΡ1，形成η侧电极以及P侧电极，而形成外延基板ΕΡ。首先，在P型氮化镓类半导体层19 — I的表面19 _ Ia形成绝缘膜(与绝缘膜23对应)。接下来，利用光刻法以及干蚀刻而在绝缘膜上设置开口(与开口 23a对应)，而露出P型GaN类半导体层19c _ I的表面19 _ la。接下来，在绝缘膜上上，利用真空蒸发而形成P侧电极(与P侧电极21对应)。接下来，将基板13 — I的背面13b — I研磨后，利用真空蒸发而在背面13b — I上形成η侧电极(与η侧电极25对应)。η侧电极覆盖研磨后的背面13b —I。通过以上，形成基板生产物(以上,工序S7)。并且，工序S9中，将基板生产物分离而形成发光元件11(工序S9)。
[0108]接下来，针对制作LD的发光元件11的情况下的工序S7以及工序S9进行说明。在工序S7中，首先，利用干蚀刻，在P型氮化镓类半导体层19 — I上形成脊状形状部。这里，脊状形状部在将C轴投影于基板主面的方向上延伸。接下来，在脊状形状部的侧面形成SiO2的绝缘膜(与绝缘膜23对应)，脊状形状部的上表面在绝缘膜的开口露出。这里，开口在将c轴投影在基板主面的方向上延伸。接下来，在露出的脊状形状部的上表面利用真空蒸发而形成Ni/Au的电极，这里，电极在将c轴向基板主面投影的方向上延伸。此外，在绝缘膜以及Ni/Au电极上，利用真空蒸发而形成Ti/Au的焊盘电极。Ti/Au的焊盘电极覆盖绝缘膜以及Ni/Au电极。Ni/Au的电极和Ti/Au的焊盘电极构成ρ侧电极(与P侧电极21对应)。接下来，对基板13 _ I的背面13b _ I进行研磨直到例如外延基板EPl的厚度成为80 μ m左右后，在背面13b —I上利用真空蒸发而形成Ti/Al的电极，并在该Ti/Al的电极上，利用真空蒸发而形成Ti/Au的焊盘电极。Ti/Al的电极和Ti/Au的焊盘电极构成η侧电极(与η侧电极25对应)。η侧电极对研磨后的背面13b — I进行覆盖(以上,LD的情况下的工序S7)。并且，在工序S9中，从基板生产物形成激光棒。在该激光棒的谐振器端面，将由电介质多层膜(例如Si02/Ti02)构成的反射膜成膜后，分离为发光元件11(以上，LD的情况下的工序S9)。
[0109](实施例)
[0110]接下来，针对实施方式所涉及的发光元件11的实验例进行说明。图5是表示发光元件11的实施例的构成的图。图5所示的构成与外延基板EPl的构成对应。首先，准备具有半极性的主面(与主面13a—I以及主面13a对应)的GaN基板(与基板13 —I以及支撑基体13对应)。GaN基板的主面沿着从c面朝向GaN基板的m轴以75度倾斜的(20 —21)面而延伸。并且，将GaN基板在NH3以及H2的环境中，在摄氏1050度左右的温度下保持10分钟左右的时间，进行前处理(热清洗)。
[0111]接下来，在热清洗之后，在摄氏1050度左右的温度下对η — GaN层(与η型GaN层15a—I以及η型GaN层15a对应)外延地进行生长。接下来，将温度降低到摄氏840度左右，外延地生长2 μ m左右的膜厚的η -1na Cl3Alai4Gaa83N层(与η型GaN类半导体层15b— I以及η型包覆层15b对应)。接下来，在摄氏840度左右的温度下，外延地生长200nm左右的膜厚的n —GaN层(与η型GaN引导层15d对应)。接下来，在摄氏840度左右的温度下，外延地生长150nm左右的膜厚的η — In: Ga1 N层(与η型InGaN引导层15e对应)。
[0112]接下来，将温度降低到摄氏790度左右，外延地生长2.5nm左右的膜厚的Ina^aa7tlN层(与GaN类阱层17a—I以及阱层17a对应)。接下来，将温度升高到摄氏840度左右，外延地生长膜厚L(nm)的InliGa1 —KN层(与GaN类阻挡层17b _ I以及阻挡层17b对应)。接下来，将温度下降到摄氏790度左右，外延地生长2.5nm左右的膜厚的Ina3tlGaa7tlN层(与GaN类阱层17c _ I以及阱层17c对应)。
[0113]接下来，将温度升高到摄氏840度左右，外延地生长50nm左右的膜厚的不掺杂的In0 02Ga0.98N层,此后,外延地生长IOOnm左右的膜厚的ρ — In0 Cl2Gatl.98Ν层,此后,外延地生长200nm左右的膜厚的ρ — GaN层。由该50nm左右的膜厚的不掺杂的Inatl2Gaa98N层、IOOnm左右的膜厚的P — 1% 02Ga0.98N层、和200nm左右的膜厚的ρ — GaN层构成的区域，与ρ型GaN类半导体层19a—I以及ρ型引导层19a对应。接下来，在摄氏840度左右的温度下，外延地生长400nm左右的膜厚的ρ — Inatl2Alatl7Gaa91N层(P型GaN类半导体层19b — I以及P型包覆层19b对应)。接下来，将温度升高到摄氏1000度左右，外延地生长50nm左右的膜厚的P — GaN层(与P型GaN类半导体层19c — I以及p型接触层19c对应)。
[0114]以下，对作为实验例I而参照的发光元件11(11 —I)进行说明。在发光元件11—I中，与η型InGaN弓丨导层15e对应的η — In: Ga1 N层的铟组成J是0.02，与GaN类阻挡层17b _ I以及阻挡层17b对应的InliGa1 — KN层的铟组成K是0.02，与GaN类阻挡层17b _ I以及阻挡层17b对应的InliGa1 — KN层的膜厚的值L是2.5nm。将如此情况下制作的发光元件11 — I作为实验例I而参照。
[0115]对作为实验例2而参照的发光元件11 (11 — 2)进行说明。在发光元件11 — 2中，与η型InGaN引导层15e对应的η — In: Ga1 N层的铟组成J是0.02，与GaN类阻挡层17b _ I以及阻挡层17b对应的InliGa1 — KN层的铟组成K是0.04，与GaN类阻挡层17b _ I以及阻挡层17b对应的InliGa1 —KN层的膜厚的值L是2.5nm。将如此制作的发光元件11 —2作为实验例2。实验例2和实验例I和的相异点仅仅是与GaN类阻挡层17b _ I以及阻挡层17b对应的InliGa1 —KN层的铟组成K的值。
[0116]对作为实验例3而参照的发光元件11 (11 — 3)进行说明。在发光元件11 — 3中，与η型InGaN引导层15e对应的η — In: Ga1 N层的铟组成J是0.02，与GaN类阻挡层17b _ I以及阻挡层17b对应的InliGa1 — KN层的铟组成K是从p侧向η侧从0.02连续地变化为0.04的(增加)的值，与GaN类阻挡层17b _ I以及阻挡层17b对应的InliGa1 —KN层的膜厚的值L是2.5nm。将如此制作的发光元件11 — 3作为实验例3而参照。实验例3和实验例I的相异点仅是与GaN类阻挡层17b _ I以及阻挡层17b对应的InliGa1 —KN层的铟组成K的值。 [0117]对作为实验例4而参照的发光元件11(11 —4)进行说明。在发光元件11 —4中，与η型InGaN引导层15e对应的η — In: Ga1 N层的铟组成J是0.04，与GaN类阻挡层17b —I以及阻挡层17b对应的InliGa1-KN层的铟组成K是0.02，与GaN类阻挡层17b —I以及阻挡层17b对应的InliGa1 —KN层的膜厚的值L是2.5nm。将如此制作的发光元件11 —4作为实验例4而参照。实验例4和实验例I的相异点仅仅是与η型InGaN引导层15e对应的η — In: Ga1-: N层的铟组成J的值。
[0118]对实验例5~7进行说明。此外，相对于实验例1，与GaN类阻挡层17b — I以及阻挡层17b对应的InliGa1 —KN层的膜厚的值L是0.5nm。将如此制作的发光元件11 — 5作为实验例5而参照。相对于实验例1，与GaN类阻挡层17b —I以及阻挡层17b对应的InliGa1 — KN层的膜厚的值L是5nm。将如此制作的发光元件11 — 6作为实验例6而参照。相对于实验例1，与GaN类阻挡层17b—I以及阻挡层17b对应的InliGa1— KN层的膜厚的值L是10nm。将如此制作的发光元件11 — 7作为实验例7而参照。
[0119]参照图6，进行针对实验例I的考察。图6是表示与这些实验例对应的PL发光波长的测定结果的图。图中标号Gla是针对实验例I的结果，图中标号Glb是针对实验例5的结果，图中标号Glc是针对实验例6的结果，图中标号Gld是针对实验例7的结果。参照图6，实验例I以及实验例5~实验例7的阱层的铟组成都相同，但是实验例I的PL发光波长与实验例5~实验例7相比，大幅度地变短。作为该原因，可以考虑以下因素。在支撑基体的主面与(20 - 21)面那样的半极性面对应的情况下，由于阱层的压电极化是负的，因此如图2所示那样，在发光层的能带构造中产生变形，电子E的波动函数偏向阱层的η侧，空穴的波动函数偏向阱层的P侧。然而，可以认为，如在实验例I的情况那样，若设置在相邻的两层的阱层间的阻挡层的膜厚比较薄，则位于该阻挡层的两侧的相邻的两层的阱层之间的波动函数中也产生重叠，同一阱层中电子和空穴不仅结合而产生发光，而且也产生阻挡层的一侧的阱层的电子经由阻挡层与另一侧的阱层的空穴结合而产生发光的现象，因此能够大幅度地检测出较短的PL发光波长。另一方面，如图中标号Glb所示那样，阻挡层的膜厚比实验例I那样的2.5nm更薄,在实验例5那样的0.5nm的情况下,成为与讲层的膜厚厚的单一量子阱构造大致等效，因此PL发光波长变得比较长。另外，针对这些实验例，也进行PL发光强度的测定。对于针对PL发光强度的测定结果，在实验例1、实验例6、实验例7的情况下，即，在阻挡层的膜厚为2.5nm以上IOnm以下的范围中，在PL发光强度没有发现有意义的差，但是在实验例5的情况下，即阻挡层的膜厚为0.5nm的情况下的PL发光强度低到实验例1、实验例6、实验例7的情况下的PL发光强度的60%左右。对针对这种实验例5的PL发光强度的测定结果，如以下那样进行说明。可以认为，高的In组成的阱层上的阻挡层的膜厚比较薄，因此结晶性的恢复仍然不充分，在该阻挡层上生长了新的阱层，因此发光层整体的结晶质量降低是原因。
[0120]接下来，参照图7~图11，进行针对实验例I的考察。图7是表示针对实验例I以及实验例6的发光波长的电流密度依存性的测定结果的图，图8是表示针对实验例I以及实验例6的发光输出的电流密度依存性的测定结果的图，图9是表示针对实验例I以及实验例6的发光波长的半峰全宽的电流密度依存性的测定结果的图，图10以及图11是表示针对实验例I以及实验例6的IV特性的测定结果的图。图12是表示针对实验例2、实验例
3、以及下述的实验例8的IV特性的测定结果的图。图11是用对数表示图10的纵轴(电流密度)的图，图13是用对数表示图12的纵轴(电流密度)的图。图7~图13所示的测定结果，由将100 μ mX 100 μ m的尺寸的Pd电极用于ρ侧的电极，将在背面整面设置的Ti/Al/Ti/Au电极用于η侧电极的LED的实验例1、实验例2、实验例3、实验例6以及实验例8所得到。图7~图9所示的结果针对实验例I以及实验例6通过脉冲电流的施加而得到。图10~图13所示的结果针 对实验例1、实验例2、实验例3、实验例6以及实验例8通过直流电流的施加而得到。实验例8的发光元件是在实验例I的构造中多重量子阱构造的发光层成为单一量子阱构造的发光层的LED。
[0121]图7中，图中标号G2a是针对实验例I的结果，图中标号G2b是针对实验例6的结果。在电流密度较小的情况下，实验例I具有比实验例6短的发光波长，与针对PL发光波长的图6所示的测定结果一致。但是，在电流密度变大而进行比较高的电流注入的阶段，实验例I的发光波长和实验例6的发光波长的波长差缩短，变得大致同等。可以认为，该情况是因为伴随着电流注入而使得压电极化变弱，实验例I中，通过筛选(screening)，也使得相邻的阱层间中的迁移概率降低。另外，在阻挡层的膜厚是2.5nm左右的情况下，如果是形成于c面上的发光元件，则发光效率降低，但是在是如(20 - 21)面那样的半极性面上生长InGaN层的实验例I的情况下，存在InGaN层的生长变得匀质且高质量的倾向，因此可以认为尽管阻挡层的膜厚极端地薄，也能够维持发光效率。
[0122]图8中，图中标号G3a是针对实验例I的结果，图中标号G3b是针对实验例6的结果。根据图8所示的测定结果，实验例I具有比实验例6高的发光输出。如上述那样，实验例I和实验例6的PL发光强度大致同等，因此阱层的质量应该不会有大的异同。因此，可以认为因为电流注入而使得图8所示的那样的实验例I和实验例6之间所产生的发光输出的差异的理由在于实验例I比实验例6在载流子注入效率方面较为优良这一点。
[0123]图9中，图中标号G4a是针对实验例I的结果，图中标号G4b是针对实验例6的结果。根据图8所示的测定结果，实验例I具有比实验例6窄的半峰全宽(FWHM)，特别是，实验例I和实验例6的半峰全宽的差在电流密度比较低且电子的注入比较小的阶段中较为显著。可以认为，在实验例6的情况下，载流子注入效率恶化，阱间的载流子密度不均匀，因此半峰全宽扩展了。若增加电流密度，则载流子密度的不均匀性多少总会被缓和，虽然实验例I和实验例6的半峰全宽的差变小，但是没有达到同等。
[0124]图10中，图中标号G5a是针对实验例I的结果，图中标号G5b是针对实验例6的结果。图11中，图中标号G6a是针对实验例I的结果，图中标号G6b是针对实验例6的结果。参照图10，实验例I与实验例6相比，扩散电流开始流动的电流密度的上升较小，该结果证明了实验例I在载流子注入效率方面较为优良。参照图11，扩散电流开始流动的电流密度的上升电压在实验例I的情况下是2.4伏，在实验例6的情况下是2.6伏。
[0125]根据以上的图7~图11所示的测定结果，可知通过使阻挡层的膜厚比较地薄(例如，2.5nm左右)，即使在阱层的压电极化为负的情况下也能够改善发光层中的电子的注入效率。该现象也反映在弱激励的发光波长变短方面(弱激励在图7所示的测定结果中与
0.05kA/cm2以下的电流密度对应)。另外，该现象也反映在扩散电流开始流动的上升电压变低的方面，例如能够使上升电压为2.5V以下。另外，从兼顾载流子注入效率和发光效率的观点出发，特别优选为使阱层的膜厚和阻挡层的膜厚为同程度。即，在弱激励的发光波长变短时，能够得到在载流子注入效率和发光效率这两方优良的发光层。
[0126]接下来，参照图12以及图13，进行针对实验例2和实验例3的考察。图12中，图中标号G7a是针对实验例2的结果，图中标号G7b是针对实验例3的结果，图中标号G7c是针对实验例8的结果。图13中，图中标号G8a是针对实验例2的结果，图中标号G8b是针对实验例3的结果，图中标号GSc是针对实验例8的结果。扩散电流开始流动的上升电压在实验例2中是2.3伏，在实验例3中成为2.2伏，与2.4伏(参照图10)的实验例I相比，改善了实验例2和实验例3的上升电压，与单一量子阱构造的实验例8的2.2伏大致同等。图12所示的结果以及图13所示的结果暗示了通过如下效果能够改善载流子注入效率:SP对于实验例2是降低阻挡层整体的能带隙能量后的效果，对于实验例3是利用组成倾斜形成了将基于压电极化的能带弯曲缓和了那样的能带构造并降低了对于电子的壁垒的高度后的效果。
[0127]另外，针对实验例I以及实验例4，进行剖面TEM观察，进行失配位错的测定。进行剖面TEM观察时，实验例4中，在η侧的引导层中包含的150nm左右的膜厚的η — InGaN层和200nm左右的膜厚的η — GaN层的界面，确认到了 2Χ 104cm —1左右的失配位错。相对于此，在实验例I中的相同位置，没有确认到失配位错。由此可知:实验例4中，通过使η侧的引导层的铟组成比较高，能够将η侧的引导层中包含的150nm左右的膜厚的InGaN层相对于支撑基体缓和，从而能够缓和发光层所内包的变形。
[0128]接下来，进行针对实验例4的考察。对于LD的情况下的实验例I和LD的情况下的实验例4,利用脉冲电流施加,对激光特性进行评价。实验例I的Ith(电流阈值)是85mA,实验例4的Ith是60mA。实验例4的Ith是比实验例I的Ith低的值。可以预想为:在实验例4的情况下，由于在引导层包含的150nm左右的膜厚的η — InGaN层的缓和使得阱层的压电极化变得若干小，因此改善了载流子注入效率。可以认为，通过在各阱层中均匀地注入载流子，不仅能够实现发光效率的改善，而且也能够实现内部损耗的降低(载流子注入不均匀的情况下，多个阱层中载流子密度低且非透明化的阱层，作为光的吸收源而发挥作用)。此外，可以认为，在实验例4的情况下，包含在引导层的150nm左右的膜厚的η —InGaN层的铟组成比较高，因此光锁闭的效果比较大，这也是实验例4的Ith —方是比实验例I的Ith低的值的一个原因。
[0129]另外，在实验例4的情况下，测定的结果为:相对于PL发光波长是527nm，振荡波长是522nm。在实验例I的情况下，测定的结果为:相对于PL发光波长是525nm，振荡波长是517nm。在设置于(20 — 21)面那样的半极性面的主面上的发光元件的情况下，压电极化不是零，但是尽管产生了压电极化，如此PL发光波长和振荡波长的差比较小，这暗示着:至少在实验例I以及实验例4的情况下，在PL发光波长的测定时由于阻挡层的膜厚比较薄而使得相邻的阱层间迁移概率增大的机制(参照图6所示的结果)发挥了作用。该机制发挥作用时，载流子注入效率提高。如此，如利用实验例I以及实验例4所实际确认的那样，在发光元件具有载流子注入效率优良的构造的情况下，从电流密度为0.05kA/cm2左右时的EL发光波长(EL:Electro Luminescence)的峰值或与该EL振荡波长的峰值相当的激励密度中的PL发光波长的峰值到振荡波长的蓝移量是15nm以下。
[0130]如从到此为止的实施方式的记述所理解的那样，制作氮化物半导体发光元件的方法可以包含以下的工序。在基板准备工序中，准备具有由六方晶类氮化物半导体构成的主面的多个评价用基板。上述评价用基板的主面的每个以比零大的角度相对于六方晶类氮化物半导体的c面而倾斜。在形成二极管构造的工序中，为了用于氮化物半导体发光元件的评价，在多个评价用基板的主面上分别生长二极管构造，所述二极管构造具有包含评价用阻挡层以及评价用阱层的评价用量子阱构造。评价用阻挡层相互具有不同厚度。在光致发光波谱(PL)测定工序中，对二极管构造的每个中的评价用量子阱构造的PL波谱进行测定。另外，评价用量子阱 构造的评价用阻挡层相互具有不同厚度，因此能够得到该PL波谱的峰值波长和评价用量子阱构造的阻挡层的厚度的关系。该关系的一例如图6所示。在确定工序中，基于PL峰值波长在阻挡层的厚度方面所表现出的依存性关系，而对用于氮化物半导体发光元件的阻挡层的厚度进行确定。在外延基板的形成工序中，在用于氮化物半导体发光元件的基板的主面上，生长包含具有所确定的厚度的阻挡层和阱层并具有用于氮化物半导体发光元件的量子阱构造的二极管构造，从而形成用于氮化物半导体发光元件的外延基板。此后，在电极工序中，在外延基板上形成电极。电极包含例如阳极电极以及阴极电极的至少其中之一。基板的主面与评价用基板的主面同样，能够以比零大的角度相对于所述六方晶类氮化物半导体的c面而倾斜。在一实施例中，主面的倾斜角能够处于例如50度以上80度以下或130度以上170度以下的范围。
[0131]参照图6，若阻挡层变薄则PL波谱的峰值波长暂时减少，之后增加。基于PL峰值波长在阻挡层的厚度方面所表现出的依存性关系，能够对用于氮化物半导体发光元件的阻挡层的厚度进行确定。在具有该厚度的阻挡层的量子阱构造中，降低了用于发光的驱动电压。阱层的厚度能够是例如Inm~5nm的范围。该制造方法中，氮化物半导体发光元件能够使用参照例如图3以及图4而说明的实施方式而制作。这里，氮化物半导体发光元件可以包含激光二极管以及发光二极管中的任一方。[0132]利用该制作方法，例如能够制作以下的氮化物半导体发光元件。氮化物半导体发光元件可以具备支撑基体和二极管构造。支撑基体具有由六方晶类氮化物半导体构成的主面。二极管构造设置于支撑基体的主面上。二极管构造包含:设置于支撑基体的主面上的第一导电型III族氮化物半导体层、设置于第一导电型III族氮化物半导体层上的发光层、和设置于发光层上的第二导电型III族氮化物半导体层。发光层具有包含第一和第二阱层以及阻挡层的多重量子阱构造。第一和第二阱层对压缩变形进行内包，在第一以及第二阱层所产生的压电极化的朝向是与从二极管构造的P区域朝向η区域的方向相同的方向。主面以比零大的角度相对于六方晶类氮化物半导体的c面而倾斜。另外，该主面的倾斜角能够处于50度以上80度以下的范围，以及130度以上170度以下的范围中的任一范围。氮化物半导体发光元件能够包含激光二极管和发光二极管中的任一方。
[0133]阻挡层的膜厚是例如(DW — 0.50)nm以上，是(DW+0.50) nm以下，这里，阱层可以具有厚度DW。这里，阱层的厚度DW可以是Inm~5nm的范围。
[0134]另外，阻挡层的膜厚可以是阱层的膜厚以下。这里，阱层的厚度，例如是Inm~5nm的范围。
[0135]此外，在氮化物半导体发光元件中，阻挡层的膜厚可以是例如4.5nm以下。
[0136]氮化物半导体发光元件可以还具备:设置于二极管构造上，沿由六方晶类氮化物半导体的c轴以及m轴所规定的基准面而延伸的条状电极，该条状电极可以包含与二极管构造的表面构成欧姆接 触的欧姆电极，另外例如由钯构成。
[0137]氮化物半导体发光元件的二极管构造例如可以包含脊状构造，该脊状构造可以沿由六方晶类氮化物半导体的c轴以及m轴规定的基准面而延伸。
[0138]在第一实施例中，阻挡层包含InGaN层时，InGaN层具有从第一阱层向第二阱层的方向单调地变化的铟组成，从而降低对于电子的壁垒。铟组成以从例如二极管构造的P区域向η区域的方向增加。
[0139]在第二实施例中，二极管构造可以还具备与第一阱层相接的光导层。第一阱层与阻挡层相接，阻挡层与第二阱层相接。阻挡层的III族氮化物半导体的能带隙，变得比与该量子阱构造构成接触的光导层的III族氮化物半导体的能带隙小，能够降低对于电子的壁垒。
[0140]在第三实施例中，二极管构造还可以具备设置于发光层和支撑基体之间的光导层。光导层包含GaN引导层以及InGaN引导层。GaN引导层与InGaN引导层接触而形成界面。在该界面，InGaN引导层的铟组成处于0.02以上0.06以下的范围，并且在InGaN引导层的厚度处于IOOnm以上500nm以下的范围时，形成对发光层的变形产生影响的程度的失配位错。失配位错密度能够处于SXlO3Cnr1以上lX105cm —1以下的范围。通过c面滑动面的形成而降低发光层的变形，从而降低发光层的阱层的压电电场。利用变形的缓和，由压电电场引起的壁垒变小。为此，能够降低对于电子的壁垒。能够实现不足5X103cm—1的失配位错密度的InGaN引导层具有0.01以上0.02以下的范围的铟组成，并具有50nm以上200nm以下的范围的厚度。
[0141]以上，在适当的实施方式中对本发明的原理进行了图示而说明，但是对本领域技术人员来说，能够认识到本发明在不脱离其原理的情况下能够在配置细节中进行变更。本发明不限于本实施方式所公开的特定的构成。因此，对从权利要求书以及其精神的范围而来的所有的修正以及变更请求权利。[0142]产业上的利用可能性
[0143]根据本实施方式，能够提供一种设置于半极性面上并抑制了发光所需要的偏压电压的上升的氮化物半导体发光元件、以及制作该氮化物半导体发光元件的方法。
[0144]标号说明:
[0145]10…反应炉，11…发光兀件，13…支撑基体，13 — I…基板，13a、13a — I…主面,13b、13b —1...背面，15、15 —1...η 型氮化镓类半导体层，15 — la、15f、17 — la、19 — Ia…表面，15a、15a — 1...η型GaN层，15b…η型包覆层，15b — 1...η型GaN类半导体层，15c...η型引导层，15c — I...η型GaN类半导体层，15(1...η型GaN引导层，15θ...η型InGaN引导层，17…发光层，17 — 1-GaN类量子阱层，17a、17c...阱层，17a— l、17c — 1-GaN类阱层，17b…阻挡层，17b — 1...GaN类阻挡层，19、19 — 1...P型氮化镓类半导体层，19a…p型引导层，19a— 1...P型GaN类半导体层，19b…P型包覆层，19b — 1...p型GaN类半导体层，19c...P型接触层，19c — I...P型GaN类半导体层，21...p侧电极，25…η侧电极，AX…法线轴，CR…结晶坐标系，EP、EPl…外延基板，S…坐标系，SC…面，VC…c轴向量，VN…法线向量。
【权利要求】
1.一种氮化物半导体发光元件，其特征在于，具备: 支撑基体，由六方晶类氮化物半导体构成，并具有从所述六方晶类氮化物半导体的C面向预先规定的方向倾斜的主面； η型氮化镓类半导体层，设置于所述支撑基体的所述主面上； 发光层，设置于所述η型氮化镓类半导体层上，并由氮化镓类半导体构成；以及 P型氮化镓类半导体层，设置于所述发光层上， 所述发光层具有多重量子阱构造， 所述多重量子阱构造由至少两层的阱层和至少一层的阻挡层构成， 所述阻挡层设置于所述两层的阱层之间， 所述两层的阱层由InGaN构成， 所述两层的阱层具有处于0.15以上0.50以下的范围的第一铟组成， 所述主面相对于所述c面的倾斜角处于50度以上80度以下的范围、以及130度以上170度以下的范围中的任一范围， 所述阻挡层的膜厚处于1.0nm以上4.5nm以下的范围。
2.根据权利要求1记载的氮化物半导体发光元件，其特征在于， 所述阻挡层的膜厚是将所述阱层的膜厚加上0.50nm后的值以下，并且是从所述阱层的膜厚减去0.50nm后的值以上。
3.根据权利要求1或2记载的氮化物半导体发光元件，其特征在于， 所述阻挡层由InGaN构成， 所述阻挡层具有处于0.01以上0.10以下的范围的第二铟组成。
4.根据权利要求1~3中任一项记载的氮化物半导体发光元件，其特征在于， 所述η型氮化镓类半导体层具有InGaN层， 在所述InGaN层上设置所述发光层， 在所述η型氮化镓类半导体层的内部中的所述InGaN层的所述支撑基体侧的表面存在失配位错， 所述失配位错沿与基准轴和所述六方晶类氮化物半导体的c轴正交的方向延伸，所述基准轴是与所述InGaN层的所述表面正交并包含所述六方晶类氮化物半导体的c轴的基准面和所述InGaN层的所述表面所共有的基准轴， 所述失配位错的密度处于SXio3Cnr1以上IXio5Cnr1以下的范围。
5.根据权利要求4记载的氮化物半导体发光元件，其特征在于， 所述InGaN层具有处于0.03以上0.05以下的范围的第三铟组成。
6.根据权利要求3记载的氮化物半导体发光元件，其特征在于， 所述第二铟组成从所述P型氮化镓类半导体层一侧向所述η型氮化镓类半导体层一侧增加。
7.根据权利要求1~6中任一项记载的氮化物半导体发光元件，其特征在于， 所述主面相对于所述c面的倾斜角处于63度以上80度以下的范围。
8.根据权利要求1~7中任一项记载的氮化物半导体发光元件，其特征在于， 所述第一铟组成处于0.24以上0.40以下的范围。
9.根据权利要求3记载的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述第二铟组成处于0.01以上0.06以下的范围。
10.根据权利要求1~9中任一项记载的氮化物半导体发光元件，其特征在于， 所述阻挡层的膜厚处于1.0nm以上3.5nm以下的范围。
11.一种氮化物半导体发光元件的制作方法，其特征在于，具备如下工序: 准备由六方晶类氮化物半导体构成且具有从所述六方晶类氮化物半导体的c面向预先规定的方向倾斜的主面的基板； 在所述基板的所述主面上生长η型氮化镓类半导体层； 在所述η型氮化镓类半导体层上生长由氮化镓类半导体构成的发光层；以及 在所述发光层上生长P型氮化镓类半导体层， 所述发光层具有至少第一阱层和第二阱层、以及至少一层的阻挡层， 在生长所述发光层的工序中，在所述η型氮化镓类半导体层上顺次生长所述第一阱层、所述阻挡层、所述第二阱层， 所述第一阱层以及所述第二阱层由InGaN构成， 所述第一阱层以及所述 二阱层具有处于0.15以上0.50以下的范围的第一铟组成，所述主面相对于所述c面的倾斜角处于50度以上80度以下的范围、以及130度以上170度以下的范围中的任一范围， 所述阻挡层的膜厚处于1.0nm以上4.5nm以下的范围。
12.根据权利要求11记载的氮化物半导体发光元件的制作方法，其特征在于， 所述阻挡层的膜厚是将所述阱层的膜厚加上0.50nm后的值以下，并且从所述阱层的膜厚减去0.50nm后的值以上。
13.根据权利要求11或12记载的氮化物半导体发光元件的制作方法，其特征在于， 所述阻挡层由InGaN构成， 所述阻挡层具有处于0.01以上0.10以下的范围的第二铟组成。
14.根据权利要求11~13中任一项记载的氮化物半导体发光元件的制作方法，其特征在于， 所述η型氮化镓类半导体层具有InGaN层， 在所述InGaN层上设置所述发光层， 在所述η型氮化镓类半导体层的内部中的所述InGaN层的所述基板侧的表面上存在失配位错， 所述失配位错沿与基准轴和所述六方晶类氮化物半导体的c轴正交的方向而延伸，所述基准轴是与所述InGaN层的所述表面正交并包含所述六方晶类氮化物半导体的c轴的基准面和所述InGaN层的所述表面所共有的基准轴， 所述失配位错的密度处于SXio3Cnr1以上IXio5Cnr1以下的范围。
15.根据权利要求14记载的氮化物半导体发光元件的制作方法，其特征在于， 所述InGaN层具有处于0.03以上0.05以下的范围的第三铟组成。
16.根据权利要求13记载的氮化物半导体发光元件的制作方法，其特征在于， 所述第二铟组成从所述P型氮化镓类半导体层一侧向所述η型氮化镓类半导体层一侧增加。
17.根据权利要求11~16中任一项记载的氮化物半导体发光元件的制作方法，其特征在于， 所述主面相对于所述C面的倾斜角处于63度以上80度以下的范围。
18.根据权利要求11~17中任一项记载的氮化物半导体发光元件的制作方法，其特征在于， 所述第一铟组成处于0.24以上0.40以下的范围。
19.根据权利要求13记载的氮化物半导体发光元件的制作方法，其特征在于， 所述第二铟组成处于0.01以上0.06以下的范围。
20.根据权利要求11~19中任一项记载的氮化物半导体发光元件的制作方法，其特征在于， 所述阻挡层的膜厚处于1.0nm以上3.5nm以下的范围。
21.一种氮化物半导体发光元件的制作方法，其特征在于，具备如下工序: 准备具有由 六方晶类氮化物半导体构成的主面的多个评价用基板； 为了用于所述氮化物半导体发光元件的评价，在所述多个评价用基板的主面上分别生长具有包含评价用阻挡层以及评价用阱层的评价用量子阱构造的二极管构造； 对所述二极管构造的每个中的所述评价用量子阱构造的光致发光波谱进行测定，并得到该光致发光波谱的峰值波长和所述评价用量子阱构造的阻挡层的厚度的关系； 基于所述关系，对用于所述氮化物半导体发光元件的阻挡层的厚度进行确定；以及在基板的主面上生长具有用于所述氮化物半导体发光元件的量子阱构造的二极管构造，该量子阱构造包含具有所述确定的厚度的阻挡层和阱层， 所述评价用基板以及所述基板的所述主面的每个具有以比零大的角度相对于所述六方晶类氮化物半导体的c面而倾斜的半极性， 所述评价用阻挡层相互具有不同厚度。
22.根据权利要求21记载的氮化物半导体发光元件的制作方法，其特征在于， 所述氮化物半导体发光元件包含激光二极管以及发光二极管中的任一方。
23.根据权利要求21或22记载的氮化物半导体发光元件的制作方法，其特征在于， 所述阻挡层的膜厚是(DW - 0.50)nm以上、(DW+0.50)nm以下，这里所述阱层具有厚度Dff0
24.根据权利要求21~23中任一项记载的氮化物半导体发光元件的制作方法，其特征在于， 所述阻挡层的膜厚是所述阱层的膜厚以下。
25.—种氮化物半导体发光兀件,其特征在于,具备: 具有由六方晶类氮化物半导体构成的主面的支撑基体；以及 设置于所述支撑基体的所述主面上的二极管构造， 所述二极管构造包含设置于所述支撑基体的所述主面上的第一导电型III族氮化物半导体层、设置于第一导电型III族氮化物半导体层上的发光层、和设置于所述发光层上的第二导电型III族氮化物半导体层， 所述发光层具有包含第一阱层、第二阱层以及阻挡层的多重量子阱构造， 所述主面具有以比零大的角度相对于所述六方晶类氮化物半导体的c面而倾斜的半极性，所述主面的倾斜角处于50度以上80度以下的范围、以及130度以上170度以下的范围中的任一范围， 所述阻挡层的膜厚处于4.5nm以下的范围。
26.根据权利要求25记载的氮化物半导体发光元件，其特征在于， 所述氮化物半导体发光元件包含激光二极管以及发光二极管中的任一方。
27.根据权利要求25或26记载的氮化物半导体发光元件，其特征在于， 还具备设置于所述二极管构造上且沿由所述六方晶类氮化物半导体的c轴以及m轴所规定的基准面而延伸的条状电极。
28.根据权利要求25~27中任一项记载的氮化物半导体发光元件，其特征在于， 所述二极管构造包含沿由所述六方晶类氮化物半导体的c轴以及m轴所规定的基准面而延伸的脊状构造。
29.根据权利要求25~28中任一项记载的氮化物半导体发光元件，其特征在于， 所述阻挡层包含InGaN层， 所述InGaN层具有从所述第一阱层向所述第二阱层的方向单调地变化的铟组成， 所述铟组成以从所述二极管构造的P区域向η区域的方向增加。
30.根据权利要求25~29中任一项记载的氮化物半导体发光元件，其特征在于， 还具备与所述第一阱层相接的光导层， 所述第一阱层与所述阻挡层相接， 所述阻挡层与所述第二阱层相接， 所述阻挡层的III族氮化物半导体的能带隙比所述光导层的III族氮化物半导体的能带隙小。
【文档编号】H01S5/343GK104025318SQ201280053028
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年8月13日 优先权日:2011年11月2日
【发明者】京野孝史, 盐谷阳平, 上野昌纪 申请人:住友电气工业株式会社